DE437814C

DE437814C - Steam boiler system for strongly fluctuating steam consumption

Info

Publication number: DE437814C
Application number: DEG55736D
Authority: DE
Original assignee: GERSCHWEILER ELEK SCHE CENTRAL
Current assignee: GERSCHWEILER ELEK SCHE CENTRAL
Publication date: 1926-11-27

Description

Dampfkesselanlage für stark schwankenden Dampfverbrauch. Die Erfindung bezieht sich auf Dampfkesselanlagen mit stark schwankender Belastung, bei welchen die Druckschwankungen dadurch ausgeglichen werden, daß der Kessel in Zeiten übernormaler Belastung unter Verminderung oder Abstellung der Frischwasserspeisung mit Wasser von annähernd Kesseltemperatur aus einem Speicher gespeist wird, welcher in Zeiten nor= maler oder unternormaler Kesselbelastung vom Kessel aus durch Zuführung von Heißwasser oder Dampf beheizt wird. Die bisher üblichen Anlagen dieser Art haben den Nachteil, daß die Speicher, falls sie Spitzenbelastungen längerer Dauer ausgleichen sollen, sehr groß sein müssen und daß ihnen in Zeiten der Spitzenbelastung des Kessels nur Heißwasser zur Kesselspeisung entnommen werden kann, es sei denn, daß man in denselben unter Druckverminderung Niedexdruckdampf entwickelt und diesen dem Niederdruckteil des Dampfnetzes zuführt. In letzterem Falle muß natürlich die Wärme, welche dem im Speicher enthaltenen Kesselspeisewasser in Form des Niederdruckdampfes wieder entzogen wird, durch die Kesselfeuerung erneut aufgebracht werden, so daß die Hochdruckdampfleistung des Kessels entsprechend vermindert wird. Die Steigerung der Leistungsfähigkeit der Gesamtanlage ist damit auf diejenigen Wärmemengen beschränkt, welche der Speicher in der Zeiteinheit abzugeben vermag. Die vorliegende Erfindung hat den Zweck, diese Nachteile der bekannten Systeme zu vermeiden und mit einem Speicher von verhältnismäßig kleinem Fassungsvermögen nicht nur Spitzenleistungen der bisher erreichbaren Höhe auf längere Dauer zu ermöglichen, sondern auch zeitweilig darüber hinausgehende, sehr hohe Spitzen mit der Anlage bewältigen zu können.Steam boiler system for strongly fluctuating steam consumption. The invention refers to steam boiler systems with heavily fluctuating loads, where the pressure fluctuations are compensated by the fact that the boiler at times above normal Exposure to reduction or shutdown of the fresh water supply with water of approximately boiler temperature is fed from a storage, which in times normal or sub-normal boiler load from the boiler by supplying Hot water or steam is heated. Have the usual systems of this type the disadvantage that the memory, if they compensate for peak loads of longer duration should, must be very large and that they should be used in times of peak load on the boiler only hot water can be taken to feed the boiler, unless you are in the same low-pressure steam developed under pressure reduction and this the low-pressure part of the steam network. In the latter case, of course, the warmth which the the boiler feed water contained in the storage tank in the form of low-pressure steam is withdrawn, can be reapplied by the boiler furnace, so that the high-pressure steam output of the boiler is reduced accordingly. The increase in performance the entire system is limited to the amount of heat that the storage able to deliver in the unit of time. The present invention aims to achieve this Avoid disadvantages of the known systems and with a memory of relatively small capacity not only top performance of the previously achievable height to allow for a longer period of time, but also temporarily go beyond that, to be able to cope with very high peaks with the system.

Die Erfindung besteht zunächst darin, daß außer dem eigentlichen Wärmespeicher auch der Kessel als Speicher ausgebildet ist und mit dem eigentlichen Speicher so verbunden ist, daß er gleichzeitig mit oder getrennt von dem letzteren geladen bzw. entladen werden kann.The invention consists initially in the fact that in addition to the actual heat storage the boiler is also designed as a memory and so with the actual memory is connected that it is charged or charged simultaneously with or separately from the latter. can be discharged.

Statt also wie bisher dafür zu sorgen und die Speisung so einzurichten, daß der Wasserstand im Kessel möglichst gleichbleibt, ist die Einrichtung erfindungsgemäß so getroffen, daß man auch den Wasserstand im Kessel planmäßig in hohem Maße entsprechend denSchwankungen des Betriebes schwanken lassen kann und daß man unter Umständen, d. h. in Zeiten sehr hoher Spitzenbelastungen, sogar Wasser aus dem Vorrat des Kessels in den Speicher leiten und dort verdampfen kann, so daß nicht nur der nicht gespeiste Kessel große Mengen Hochdruckdampfes entwickeln kann, sondern im Speicher auch große Mengen Niederdruckdampfes erzeugt und abgegeben werden können, ohne daß eine Druckabsenkung in demselben stattfindet. Auch dabei ist es natürlich nicht erforderlich, daß als Hochdruckspeicherwasser nur das im Kessel befindliche Wasser ausgenutzt wird, sondern es kann auch dann..das außerhalb aufgespeicherte, z. B. nach Beendigung der Hochspitzen, weitergehend verwendet werden, wenn dafür Sorge getragen ist, daß ein Wasserumlauf vorhanden ist, der so geregelt werden kann, daß die Speicherwassertemperatur niemals erheblich unter die Dampftemperatur im Kessel sinkt. Je nach den Betriebsbedürfnissen kann man dabei natürlich den Druck auch gleichzeitig im Kessel und im Speicher sinken lassen, z. B. wenn große Mengen an Niederdruckdampf gebraucht werden. Der Speicher selbst kann auch als Zwischenbehälter zwischen Frischwasserspeisevorrichtung und Kessel angeordnet sein, in der Weise, daß das gesamte Speisewasser des Kessels durch den Speicher hindurch muß, wie dies an sich bereits bekannt geworden ist. Um den bekannten Einrichtungen dieser Art gegenüber die Vorteile der Erfindung zu wahren, braucht man nur dafür zu sorgen, daß bei normaler bzw. geringer Belastung der Druck durch Zuführung von Dampf und bei Höchstspitzen und Entnahme von Niederdruckdampf der Druck durch Zuführung heißen Kesselwassers dauernd gleichgehalten wird.So instead of taking care of it as before and setting up the feed, that the water level in the boiler remains as constant as possible, the device is according to the invention so taken that the water level in the boiler is planned to a large extent accordingly the fluctuations in the operation can fluctuate and that under certain circumstances, d. H. in times of very high peak loads, even water from the boiler supply can lead into the memory and evaporate there, so that not only the unpowered Boilers can develop large amounts of high-pressure steam, but also large amounts in storage Quantities of low pressure steam can be generated and released without a pressure drop takes place in the same. Here, too, of course, it is not necessary that as High-pressure storage water only the water in the boiler is used, but it can also then .. the stored outside, z. B. after the end of the high peaks, can be used further if care is taken that a water circulation is available, which can be regulated so that the storage water temperature never drops significantly below the steam temperature in the boiler. Depending on the operational needs You can of course also reduce the pressure in the boiler and in the storage tank at the same time let, e.g. B. when large amounts of low pressure steam are needed. The memory itself can also be used as an intermediate container between the fresh water feed device and Boiler be arranged in such a way that all the feed water of the boiler through the memory must go through, as has already become known per se. To the known devices of this type to maintain the advantages of the invention, one only needs to ensure that the pressure is maintained under normal or low stress by supplying steam and at maximum peaks and removing low-pressure steam the pressure is kept constant by supplying hot boiler water.

Ein Beispiel dieser Art ist in der beiliegenden Zeichnung schematisch dargestellt, wobei der Betrieb selbsttätig durch Ventile geregelt wird, die in bekannter Weise vom Dampfdruck gesteuert werden. Die Steuerung der Ventile kann natürlich auch von Hand erfolgen. Sie bildet an sich nicht Gegenstand der Erfindung, da nach dem derzeitigen Stand der Technik längst ausreichende Mittel zur Verfügung stehen, die Ventile nach Belieben selbsttätig durch Schwimmer und durch den Dampfdruck sowie durch zusätzliche Hilfsmittel nach Bedarf beeinflussen zu lassen.An example of this kind is shown schematically in the accompanying drawing shown, the operation being automatically controlled by valves that are known in Way to be controlled by the steam pressure. The control of the valves can of course can also be done by hand. It forms per se not the subject of the invention, because after the current state of the art has long since had sufficient funds available, the valves automatically by float and by the steam pressure as well as to be influenced by additional aids as required.

In der Zeichnung bedeutet D den Dampfkessel, dessen Dampf dem Hochdruckteil T1 einer zweiteiligen, zum Antrieb eines elek- Irischen Generators G dienenden Kraftmaschine zugeführt wird, deren Niederdruckteil T. mit dem Abdampf des Hochdruckteiles T1 gespeist wird. Die Speisung des Kessels D mit Wasser erfolgt durch eine Pumpe P2 aus einem als Wärmespeicher dienenden Zwischenbehälter S, der seinerseits durch die Pumpe Pl aus einem Vorratsbehälter B über den Vorwärmer E und ein in die Frischspeiseleitung Lf eingebautes Ventil V f in üblicher Weise gespeist wird, wobei das Ventil Vf vom Dampfdruck in der Abdampfleitung La des Hochdruckteiles T1 so gesteuert wird, daß es bei normalem Druck offen ist, bei steigendem Druck weiter öffnet und bei sinkendem Druck schließt. Eine von der Frischspeiseleitung L f hinter dem Economiser E abgezweigte Leitung Ly mit bei sinkendem Dampfdruck nach Maßgabe der Schließung des Ventils Vf öffnendem Ventil Vy kann dazu dienen, daß vom Zwischenbehälter S nicht aufgenommene Wasser in üblicher `'eise zum Vorratsbehälter B zurückzuführen. Der Dampf- und der Wasserraum des Zwischenbehälters S sind außerdem durch eine bekannte Lade- und Entladeleitung Ll bzw. Le mit Rückschlagventilen RI bzw. Re an die Abdampfleitung La angeschlossen. In die Saug- und in die Druckleitung Ls bzw. Ld der zwischen dem Kessel D und dem Zwischenbehälter S angeordneten Pumpe P2 sind absperrbare Regelventile Vs bzw. V d eingebaut, die vom Dampfdruck in der Abdampfleitung La bzw. der damit verbundenen Ladeleitung L1 so gesteuert werden, daß sie bei normalem Druck sich in Mittelstellung befinden, bei steigendem Druck weiter Offnen und bei sinkendem Druck augenblicklich, aber erst dann schließen, sobald der Druck eine bestimmte untere Grenze erreicht hat. Ferner sind die Saug- und Druckleitungen der Pumpe P, durch um die Pumpe herumgelegte Umführungsleitungen Lit miteinander verbunden, in welchen Regelventile I'rt eingebaut sind, welche vom Dampfdruck geöffnet werden, wenn die Ventile Vd und V s sich schließen. Das Rückschlägventil Re der Entladeleitung Le des Zwischenbehälters S endlich ist auf die Ventile I's, Vrl, Vrt so abgestimmt, daß es gleichzeitig mit den Ventilen Fit öffnet bzw. schließt.In the drawing, D denotes the steam boiler, the steam of which is fed to the high-pressure part T1 of a two-part engine serving to drive an electrical generator G, the low-pressure part T. of which is fed with the exhaust steam from the high-pressure part T1. The boiler D is fed with water by a pump P2 from an intermediate tank S serving as a heat storage tank, which in turn is fed in the usual way by the pump P1 from a storage tank B via the preheater E and a valve V f built into the fresh feed line Lf, the valve Vf being controlled by the steam pressure in the exhaust line La of the high-pressure part T1 so that it is open at normal pressure, opens further when the pressure rises and closes when the pressure falls. A line Ly branched off from the fresh feed line L f downstream of the economiser E with valve Vy opening when the steam pressure falls as the valve Vf closes can serve to return water not taken up by the intermediate tank S to the storage tank B in the usual way. The steam and water space of the intermediate container S are also connected to the exhaust steam line La by a known loading and unloading line Ll or Le with check valves RI or Re. Lockable control valves Vs and V d are installed in the suction and pressure lines Ls or Ld of the pump P2 arranged between the boiler D and the intermediate container S, which are controlled by the steam pressure in the exhaust line La or the charging line L1 connected to it that they are in the middle position at normal pressure, continue to open when the pressure rises and close immediately when the pressure falls, but only close as soon as the pressure has reached a certain lower limit. Furthermore, the suction and pressure lines of the pump P are connected to one another by bypass lines Lit laid around the pump, in which control valves I'rt are installed, which are opened by the steam pressure when the valves Vd and V s close. The check valve Re of the discharge line Le of the intermediate container S, finally, is matched to the valves I's, Vrl, Vrt in such a way that it opens and closes at the same time as the valves Fit.

Die Wirkungsweise ist folgende: Bei normalem Betrieb, bei welchem der Dampfverbrauch des Hochdruckteiles T1 der Kraftmaschine der Dampferzeugung. des K<ssels entspricht, geht ein Teil des Abdampfes in den Zwischenbehäiter S -und dient dort dazu, das von der Pampe P1 gleichzeitig zugeführte vorgewärmte Frischwasser zu erhitzen: Die Ventile T' f , l's, Vd sind dabei gleich weit offen, und dem Zwischenbehälter S wird die gleiche Wassermenge durch die Pumpe P2 entnommen und in den Kessel geführt, wie ihm durch die Pumpe P, zugeführt wird und wie sie der Verdampfung im Kessel entspricht. Wenn nun bei geringer Belastung der Maschine der Niederdruckteil T" unter dem Einfluß des Reglers weniger Dampf erhält, so öffnet infolge des in der Abdampfleitung La bzw. der Ladeleitung Ll steigenden Druckes das Rückschlagventil R1 weiter und auch die Ventile V f, Vd und Vs werden weiter geöffnet. Dem Zwischenbehälter S wird also mehr Dampf, gleichzeitig aber auch mehr diesen Uberschuß bindendes Wasser zugeführt, und aus demselben wird gleichzeitig mehr Wasser entnommen und in den Kessel eingeführt. Verdampft wird in diesem aber nicht mehr als vorher, so daß Überschuß an Heißwasser vorhanden ist, der durch geeignete Bemessung der Ventile vorteilhaft so verteilt wird, daß sich der Wasserstand im Kessel und im Zwischenbehälter gleichmäßig hebt und Heißwasser in beiden aufgespeichert wird. Sinkt der Dampfdruck in der Abdampfleitung La wieder bei zunehmender Belastung der Maschine, so kehren die Ventile Vf, Vs und Vd und RI zunächst in die Normalstellung zurück. Bei Unterschreitung des normalen Dampfdruckes infolge Spitzenbelastung der Maschine schließen zunächst die Ventile Uf und Rl, bis schließlich weder Dampf noch Wasser in den Zwischenbehälter gelangen kann. Das Speisewasser aus dem Vorwärmer E kehrt über das in entsprechendem Maße öffnende Ventil Vy durch die Leitungen Lr zum Behälter B zurück. Die Entladung. des Kessels und des Zwischenbehälters aber kann verschieden erfolgen. Handelt es sich . um normale Spitzenleistungen, so bleiben die Ventile Vs und Vd zunächst von dem weitersinkenden Dampfdruck in La und LL unberührt, so daß der Kessel das der Verdampfung entsprechende Wasser aus dem Speicher S erhält. Da diesem kein Dampf entnommen wird, so findet dabei eine nennenswerte Druckabsenkung nicht statt, zumal stets das Rückschlagventil RI für Aufrechterhaltung des Druckes durch Einlassender dazu erforderlichen, nicht ins Gewicht fallenden Dampfmengen sorgen wird. Wird auf die' Aufrechterhaltung des Druckes im Zwischenbehälter bzw. Speicher S dabei überhaupt kein Gewicht gelegt, so kann ein in der Leitung Ll vorgesehenes Absperrorgan A geschlossen werden. Da für die Erwärmung von Frischwasser in dieser Zeit somit kein Dampf aufgebracht zu werden braucht, so kann nunmehr der Kessel D den erforderlichen Spitzendampf mit Hilfe des Speichers S aufbringen,, bis dieser entladen ist. Sobald der Speicherleer ist, müssen die Ventile Vs und Vd geschlossen werden, was in bekannter- Weise durch einen Schwimmer bewirkt werden kann. Dauert die Spitzenbelastung länger, so wird alsdann der Vorrat des Kessels selbst zur Deckung der Spitzenleistung herangezogen. Der Vorrat beider Behälter reicht also aus, um normale Spitzenleistungen von verhältnismäßig sehr langer Dauer zu bewältigen. Man kann natürlich auch zuerst den Kesselvorrat verdampfen und dann aus dem Vorrat des Zwischenbehälters nachspeisen, wobei die Ventile Vs und Vd nur entsprechend gesteuert zu werden brauchen, wozu bekannte Hilfsmittel zur Verfügung stehen. Es ist jedoch vorzuziehen, an erster Stelle den Speicher S zu entladen und im Kessel möglichst lange einen größeren Vorrat heißen Wassers zu bewahren, aus folgenden Gründen Falls nämlich zeitweise Spitzenbelastungen abnormaler Höhe auftreten, denen der Kessel trotz Abstellung der Frischspeisung allein nicht nachzukommen vermag, ist man bei vorhandenem Wasservorrat im Kessel in der Lage, den Speicher S zur Lieferung von Niederdruckdampf heranzuziehen, ohne daß eine Drucksenkung in demselben stattzufinden braucht. Wenn nämlich zufolge unzureichender Dampflieferung durch den Kessel der Druck in der Abdampfleitung La bzw. der Ladeleitung LL eine bestimmte untere Grenze erreicht, öffnet das RückschlagventilRe der Entladeleitung Le, und Dampf tritt aus dem Zwischenbehälter in die Abdampfleitung La, so daß er mit dem Abdampf des Hochdruckteiles T1 der Maschine in den Niederdruckteil TZ gelangt. Gleichzeitig werden die Ventile Vs und Vd der Saug- und Druckleitungen Ls, Ld der Pumpe P2 geschlossen und die Ventile Vu der Umgehungsleitungen Lit geöffnet. Die Pumpe P2 fördert jetzt heißes Wasser aus dem Kessel D in solchen Mengen zum Zwischenbehälter öder Speicher S, daß dieser ohne Drucksenkung den fehlenden Niederdruckdampf zu liefern vermag. Die normale Spitzenleistung des Kessels selbst wird dabei nicht gestört, so daß jetzt Spitzen bedeutender Höhe gedeckt werden. Sinkt der Dampfverbrauch wieder, so erfolgt die Bewegung der Ventile in umgekehrter Weise.The mode of operation is as follows: During normal operation, in which the steam consumption of the high-pressure part T1 of the engine is used to generate steam. of the bowl, part of the exhaust steam goes into the intermediate container S - and is used there to heat the preheated fresh water that is simultaneously supplied by the Pampe P1: The valves T 'f, l's, Vd are equally wide open, and the The same amount of water is taken from the intermediate tank S by the pump P2 and fed into the boiler as is supplied to it by the pump P and as it corresponds to the evaporation in the boiler. If the low-pressure part T ″ receives less steam under the influence of the controller when the machine is under a low load, the check valve R1 continues to open due to the increasing pressure in the exhaust steam line La or the charging line Ll and the valves V f, Vd and Vs also open More steam, but at the same time more water that binds this excess, is fed to the intermediate container S, and more water is simultaneously withdrawn from it and introduced into the boiler is present, advantageously by suitable dimensioning of the valves is distributed so that the water level in the boiler and in the intermediate container rises uniformly and hot water is accumulated in both. drops the vapor pressure in the exhaust steam line La, so recur with increasing load on the engine, the valves Vf, Vs and Vd and RI initially return to the normal position Normal steam pressure due to the peak load on the machine first close the valves Uf and Rl until finally neither steam nor water can get into the intermediate container. The feed water from the preheater E returns to the container B through the lines Lr via the valve Vy, which opens to the appropriate extent. The discharge. the boiler and the intermediate container can be done differently. Is it. for normal peak performance, the valves Vs and Vd initially remain unaffected by the further sinking steam pressure in La and LL, so that the boiler receives the water from the reservoir S corresponding to the evaporation. Since no steam is withdrawn from it, there is no significant pressure drop, especially since the check valve RI will always ensure that the pressure is maintained by admitting the necessary, insignificant amounts of steam. If the maintenance of the pressure in the intermediate container or reservoir S is not at all weighted, a shut-off element A provided in the line Ll can be closed. Since no steam needs to be applied to heat fresh water during this time, the boiler D can now apply the required peak steam with the aid of the store S until it is discharged. As soon as the storage tank is empty, the valves Vs and Vd must be closed, which can be effected in a known manner by a float. If the peak load lasts longer, then the supply of the boiler itself is used to cover the peak output. The supply of both containers is therefore sufficient to cope with normal peak performances of a relatively very long duration. You can of course also first evaporate the boiler supply and then replenish it from the supply of the intermediate container, the valves Vs and Vd only needing to be controlled accordingly, for which known aids are available. However, it is preferable to first discharge the storage tank S and to keep a larger supply of hot water in the boiler for as long as possible, for the following reasons: If peak loads of abnormal levels occur at times, which the boiler alone is unable to meet despite switching off the fresh feed if there is a water supply in the boiler, it is possible to use the memory S for the delivery of low-pressure steam without the need to lower the pressure in the same. If, as a result of insufficient steam delivery by the boiler, the pressure in the exhaust line La or the loading line LL reaches a certain lower limit, the check valve Re of the unloading line Le opens and steam escapes from the intermediate container into the exhaust line La, so that it is combined with the exhaust steam High pressure part T1 of the machine enters the low pressure part TZ. At the same time, the valves Vs and Vd of the suction and pressure lines Ls, Ld of the pump P2 are closed and the valves Vu of the bypass lines Lit are opened. The pump P2 now pumps hot water from the boiler D to the intermediate tank or storage tank S in such quantities that it can supply the missing low-pressure steam without lowering the pressure. The normal peak performance of the boiler itself is not disturbed, so that peaks of considerable height are now covered. If the steam consumption drops again, the valves move in the opposite way.

Wenn die Ladung und Entladung von Kessel und Speicher durch Unterhaltung eines Wasserumlaufes erfolgt, so kann die Aufrechterhaltung des Druckes im Speicher bei Entnahme von Niederdruckdampf aus dem letzteren dadurch aufrechterhalten werden, daß man die Verbindung der Dampfräume zwischen Kessel und Speicher abstellt und den Umlauf so regelt, daß lediglich das zur Erhaltung des Druckes erforderliche Heißwasser aus dem Kessel in den Speicher zurückfließt. Die Gesamtanlage kann natürlich auch ohne Vorwärmung betrieben werden, insbesondere in Fällen, wo die Abgase des -Kessels in anderer Weise, beispielsweise zur Vorwärmung von Verbrennungsluft usw., ausgenutzt werden können.When the charging and discharging of the boiler and storage through entertainment a water circulation takes place, so the maintenance of the pressure in the memory are maintained when low-pressure steam is withdrawn from the latter, that one turns off the connection of the steam rooms between the boiler and the storage tank and regulates the circulation so that only what is necessary to maintain the pressure Hot water from the boiler flows back into the storage tank. The entire system can of course can also be operated without preheating, especially in cases where the exhaust gases of the -Boiler in another way, e.g. to preheat combustion air, etc., can be exploited.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Steam boiler system for strongly fluctuating steam consumption, at which in times of heavy load the boiler is fed from a storage tank takes place, which heats from the boiler in times of normal or low boiler load is, characterized in that there are two memories, one of which at the same time forms the boiler and which are connected to one another in such a way that they can be charged or discharged simultaneously or independently, with the water level, or one of them, as needed, is considerable can fluctuate. a. Boiler installation according to claim i, characterized in that in When there is a high demand for steam, hot boiler water is transferred from the boiler to the storage tank and steam is developed there under reduced pressure. . 3. Boiler system according to claim i and z, characterized in that the pressure in the memory, e.g. B. by feeding hot boiler water, even when steam is withdrawn from the storage tank, continuously on one maintained between the boiler and atmospheric pressure lying even height will. . ¢. Steam boiler system for strongly fluctuating steam consumption, at which in At times of heavy load, the boiler is fed from a storage tank, which is heated from the boiler in times of normal or low loads, in particular according to claims i to 3, characterized in that between the boiler and the heat accumulator a water circulation is available, which is to be regulated to the extent that the temperature of the storage water cannot drop significantly below the steam temperature in the boiler. fi. Boiler system according to claims i to q., Characterized in that the heat storage (S) in a manner known per se as an intermediate container between the boiler (D) and the fresh feed device (E, B) arranged and so with the water space of the boiler is connected that it is supplied with hot boiler water when the fresh feed is switched off when the peak load of the boiler reaches a certain upper limit.